Novos produtos semi- industriais
Patrik Boura - Czech Development Agency, Praga
Eu tenho a honra de compartilhar com vocês os resultados que nós atingimos desde o ano passado, e eu acredito que vai trazer alguns benefícios para todos vocês, pelo menos, para alguém.
Eu gostaria de apresentar a revisão do trabalho que fizemos na Czech Development Agency, uma organização privada em Praga, República Tcheca.
Vou falar sobre a transição do laboratório para a produção semi-industrial e industrial. Também vou apresentar algumas aplicações e, ao mesmo tempo, vou apresentar os progressos na aplicação já apresentada durante o último GP Camp.
Academy of Science of Czech Republic, representado aqui por Sr. Hanzlicek e Sra. Perná. Seu conhecimento dos depósitos de matérias-primas utilizáveis e a possibilidade do laboratório identificar a qualidade é explorada por nossa sociedade. Nós selecionamos o tipo de material sobre os parâmetros básicos de campo, que é o tamanho da partícula de argila após calcinação. Isto está em nossa estrutura e algumas outras coisas que eu vou falar mais adiante. Todos os testes foram estabelecidos em nossa empresa e tinham o mesmo objetivo: definir a propriedade do compósito geopolimérico solidificado, os testes, a estabilidade e a funcionalidade dos produtos.
A "Tecnologia de Transferência" é baseada na sociedade entre a nossa empresa e o laboratório do Institute of Rock Structure and Mechanics of
Uma das coisas mais importantes, desde o início, é a escolha certa da matéria-prima, como eu já disse. E o princípio fundamental da composição química é o teor de argila caulinítica, em que o teor de alumínio deve ser de pelo menos 28%, mas para alcançar boa qualidade no compósito geopolimérico você necessita de um teor maior, de pelo menos 48%.
Identificação de impurezas: é preciso muita atenção para os componentes calcários, ferrosos, férricos que poderiam mudar o tamanho da partícula da argila, devido à sinterização. Trabalhamos vários tipos diferentes de matérias-primas, tais como o caulim ou escória de alto-forno ou cinza de carvão. No início, o foco
de nossa produção industrial foi especialmente o uso de materiais residuais da produção de cerâmica chamados “White water”, mas as impurezas nessa massa eram muitas e, finalmente, o preço deste material era baixo, então, decidimos respeitar os mesmos valores e mudamos para argila industrial preparada ou caulim industrial lavado.
“Tempo mínimo de tratamento térmico”: vamos falar sobre esse assunto mais tarde, porque é muito importante. Nós escolhemos o tipo de argila, tamanho da partícula após a calcinação, determinação da viscosidade da matriz, que é muito importante para o processo, em especial os dispositivos de mistura.
A quantidade de água na solução de sílica, sódio ou potássio não pode ser adicionada posteriormente nas matrizes ou compósitos preparados, porque afeta a estabilidade final do produto. O teor de água deve ser calculado pela razão molar do óxido de sódio e água. A resistência e dureza dos produtos;
você sabe, a resistência pode ser de 20 MPa para os compósitos à base de cinzas volantes juntamente com o cálcio, até 80 MPa para os compósitos à base de caulim e produtos químicos de sódio ou potássio, ou quaisquer outras soluções.
A cor não afeta a reatividade, mas para criar algumas coisas projetadas, preferimos a argila de cor branca após a calcinação, porque ela nos dá a chance de fazer todo o espectro da cor dos produtos.
A vantagem da geologia da República Tcheca está em vários depósitos de matérias-primas utilizáveis. Na figura a seguir, os links verdes mostram os lugares onde o caulim é extraído. O vermelho mostra a concentração de produção de cerâmica que produz o resíduo do caulim “White water” em Zbúch. Há um grande depósito de argila ardósia. Os links azuis mostram os locais com grandes depósitos de
escória de alto-forno, e ninguém sabe o que fazer com eles. Os links cinzas mostram os lugares de usina de carvão que produzem a cinza de carvão. É o mesmo caso que os azuis.
Este é o conteúdo de questões básicas, sobre a transferência de tecnologia do laboratório para a produção semi-industrial ou industrial. Algumas delas são... Eu acho que todas são muito importantes, por isso vamos falar separadamente sobre cada uma delas.
Bem, o primeiro é o tratamento térmico. O aspecto importante do caulim é a possibilidade de alterar a coordenação do alumínio de sua posição natural, hexa, para penta ou tetra. A questão principal é a temperatura e o tempo de espera, devido ao processo de calcinação, que depende
da estrutura do caulim e também das dimensões das partículas de argila. Nós utilizamos este forno elétrico simples para calcinação com um volume de 1,3 L, em que colocamos o caulim em um tipo especial de recipiente com a altura limitada de 10cm, e cada recipiente tem todo o espaço. A República Tcheca também é fornecedora da indústria que prepara a argila. Eu esqueci de dizer o que eu já disse ao Prof. Davidovits anteriormente, que o nível de tratamento térmico pode ser seguido por análise de ressonância magnética.
O primeiro gráfico mostra a análise de ressonância magnética da argila do fornecedor, em que você pode ver próxima de 0 ppm. Há um pico grande da posição natural do íon alumina, e após calcinação controlada, nós deslocamos o pico para posição 48 ppm,
que consiste na quinta posição metaestável da argila.
O resultado está no último gráfico em que todos os íons de alumina estão em posição tetraédrica, que é significativo para a reação geopolimérica.
A dissolução do hidróxido em solução de silicato de sódio ou potássio com teor de água é altamente exotérmica. O que você entende? Para preparar a quantidade para uso em laboratório não é problema;
você pode resfriar facilmente e usar imediatamente.
Mas no nosso caso é diferente, porque temos que preparar no mínimo 50 L de solução, e para produzir grande quantidade pode ser um problema; e sem a força de refrigeração, temos de deixá-la até o dia seguinte, e de hora em hora, encaramos o problema com a cristalização apenas com a solução química de sódio. Este efeito poderia ser afetado por poucos fenômenos como a qualidade da água, nunca utilize água calcária ou ferrosa, ou a proporção dos ingredientes, qualidade ou pureza do NaOH, e o mais importante é a limpeza dos recipientes dos materiais e o ambiente. Claro que, como eu já disse, a quantidade de solução preparada. Isto nunca acontece se prepararmos um ou dois litros de solução. Quero dizer na produção industrial, todos os locais para a preparação das soluções devem ser absolutamente separados de outros locais de toda a tecnologia para eliminar qualquer tipo de poeira
volante. Talvez isso poderia afetar o uso repetitivo dos recipientes onde você prepara a solução, porque há algum tipo de informação que vem nele, e eu ainda não sei como apenas excluí-la.
De acordo com a viscosidade da matriz geopolimérica, dividimos os sistemas de mistura em dois grupos. O primeiro é a matriz com a menor causa da matriz, e nós a preparamos em misturadores de alta velocidade, como você pode ver na imagem.
de máquinas mais potentes com baixa velocidade, porque durante a organização de origem, a matriz está quase seca. Então, é a única forma de fazê-lo.
Nós podemos usar misturadores obrigatórios da indústria... Você conhece estes tipos de sistemas.
A preparação da organização completa da matriz permanece próxima de oito até dez minutos, e a eficiência, é claro, depende da revolução, do tamanho e formato das pás misturadoras, e, evidentemente, do tamanho do recipiente e da quantidade de matriz preparada. O segundo grupo é a matriz de maior viscosidade com tamanhos maiores de partículas e tipo diferente de caulins, e para organizar, precisamos
A propriedade requerida pelo compósito final endurecido determina o tipo de filler. O desempenho e a razão entre os diferentes tamanhos de partículas dependem da viscosidade e do processo de tecnologia da moldagem. Podemos preencher a matriz com vários tipos diferentes de fillers, tais como a areia, ou fragmentos de resíduos de cerâmica, ou alguns tipos de minerais, como feldspato, granito ou mármore.
Para alcançar o desempenho do projeto obtido... por exemplo, usamos o vidro colorido, cacos ou pedaços de espelho, e há muito mais possibilidades de você usar fragmentos de madeira, ou papel derretido ou pedaços do aço e muitos outros.
De acordo com a capacidade de moldagem, dividimos os compósitos em dois grupos. O primeiro é onde o compósito é vertido nos moldes, e o enchimento deste grupo é de 50 até 75% em peso de filler.
Claro, que depende da viscosidade da matriz e do tamanho da partícula do filler. O segundo grupo é o compósito por vibrocompactação e tecnologia de despejo onde o enchimento é muito mais elevado até 90% em peso. Vou mostrar estes tipos de tecnologias, no final da apresentação.
Alguns tipos de produtos, tais como todos os painéis, necessitam de reforço por vários tipos de fibras.
Um dos principais em minha opinião é o tipo de filler e seu formato. É diferente se utilizarmos fillers pontiagudos ou arredondados, se utilizarmos um regular ou irregular, e, obviamente, a qualidade do produto depende da qualidade do processo de moldagem. No caso do grupo em que o compósito é derramado no molde, pode ser recomendável usar vibrações de vácuo durante a moldagem, e no caso da segunda parte dos compósitos, para ajustar corretamente por técnicas de vibrocompactação, a pressão da máquina, o tempo de pressurização e a amplitude, para obter a alta qualidade do produto, sem adição de reforço.
Maturação: todo produto deve ser após moldagem imediatamente coberto por algum tipo de plástico laminado para eliminar a evaporação da água, que é algo realmente muito importante para toda tecnologia, porque nós necessitamos de água para
o processo de endurecimento completo e o período de maturação depende da temperatura de maturação que pode ser de 20°C até 60 ou 90°C; cabe a você ou da energia que você pode gastar. O período é de uma a três semanas. Como você pode ver, nós limpamos os produtos. Nós utilizamos jato de areia, que é bom para aplicar no segundo dia antes que os produtos endureçam. O outro é a hidrofobização, polimento, e muitas, muitas outras finalizações. Além disso, a importância da certificação. Vou mostrar-lhe um produto já certificado, sem problemas para fazer isto em tudo.
Vamos falar sobre as aplicações. Esta é a divisão de aplicações industriais. Nós preparamos para este GP-Camp.
Nós separamos em dois módulos básicos. O primeiro é o produto de resistência ao fogo, o segundo, os painéis
de aquecimento, e o terceiro, o processamento de produtos compósitos semissecos.
O primeiro é das placas resistentes ao fogo. Como você sabe, a propriedade primária excelente do geopolímero é resistência ao fogo e a baixa expansão térmica.
Ano passado, eu apresentei uma aplicação de moldes para indústria de fusão de vidro, usado repetidamente até 850°C. Durante anos, estávamos tentando criar algum tipo de placa resistente ao fogo com o objetivo final de fazer blocos de construção resistentes ao fogo e isolados termicamente, e uma parte do trabalho está feito. A placa resistente ao fogo é cinza e a espessura é de cerca de 12 mm.
Nós fizemos um teste simples, semelhantes aos testes certificados.
Como se pode ver na verificação, existe uma fonte de chama a uma distância de 10 centímetros, e no lado oposto contra a chama, foi assinalado no sensor que mede o tempo em que a temperatura no lado frio, o lado esquerdo, atingiu 120°C, a qual foi alcançada em catorze minutos. Esta temperatura é a temperatura de ignição do papel. A segunda medida foi feita a 140°C, que é a temperatura de ignição da abóbada que foi em quinze minutos.
A seguir o detalhe da placa. É o mesmo que este.
Este é outro teste e detalhes da placa após uma hora de exposição, a mesma distância e temperatura. A fibra de vidro, que é o reforço, neste caso, está em condição normal da fibra de mármore e queima em apenas alguns segundos. Mas se saturar a fibra de vidro na matriz geopolimérica, ela perde a flexibilidade após uma hora de exposição, e não queima, o que significa que o revestimento sobre as fibras muda totalmente a sua característica de inflamabilidade.
Esqueci-me de dizer que esta placa foi feita como um sanduíche, em que o reforço, camadas de fibra de vidro estão de ambos os lados, e o núcleo é feito a partir de materiais residuais com alto percentual de mica derretida.
Estávamos tentando proteger a superfície da placa e
aplicamos um revestimento fino de 3 mm até 5 mm.
Neste caso, a matriz foi preenchida por granito, pedaços de espelho.
Nós refizemos o teste, e depois de uma hora de exposição, a superfície estava absolutamente intacta e protegeu as fibras, a base da placa.
Em seguida, nós fizemos alguns projetos de placas que chamamos de peças grandes de revestimento e o tamanho é de 1000 x 500 mm. Durante o desenvolvimento, nós tentamos criar uma placa de grande resistência ao fogo com a espessura mínima, no sentido da lâmina das placas. Este é o resultado.
Como você pode ver, para preencher a camada de acabamento, usamos vidro, cor, resíduos de espelho, cacos de espelhos e outros minerais. O projeto é apenas para a sua criatividade, ou para a demanda de arquitetos, designers e clientes.
Isto é um pedaço do interior de uma pedra preciosa.
O segundo módulo já apresentado no ano passado é o ramo dos painéis de aquecimento. Demos alguns passos neste campo e já certificamos este produto com a abertura para a possibilidade de vendê-lo na
União Europeia.
O sistema se baseia na correta seleção dos materiais de enchimento, com um bom calor e condutividade. Se você tem o tipo de matriz de baixa viscosidade, você pode realmente sentir a matriz, e então, você pode alcançar de 1,0 até 1,5.
O sistema é alimentado por um cabo elétrico. Há um termostato incorporado, verifique o controle da face, mudando depois de 8°C. O sistema de aquecimento inteiro é incorporado na massa geopolimérica, e o resultado é o aquecimento rápido da fase, e também o acúmulo de calor muito bom
que poupa 40% da energia elétrica. O tamanho depende da potência. Estamos agora em condições de oferecer 5 watts e um modelo de mil watts. No futuro, seremos capazes de oferecer modelos de 300 watts até os 2000 watts, e a espessura desses painéis polidos é de 42 mm.
A última tecnologia onde estamos aplicando o compósito semisseco, com o alto enchimento é a tecnologia de vibrocompactação. Este tipo de tecnologia é muito conhecida pelos produtores de concreto, mas eu gostaria de apresentar apenas partes do sistema completo.
A seguir mostraremos o princípio, que é por preenchimento automático do molde de aço e compressão do material no molde até chegar à dimensão do produto.
Nós estamos na parte de ajuste do sistema e este é o primeiro teste de compósitos geopoliméricos por
esta tecnologia.
Depois da moldagem, o produto está sendo transportado para dentro da máquina de armazenamento.
Como você pode ver, nós ainda fazemos muitas coisas manualmente. Isto é a limpeza por ar do produto.
O núcleo e a parte inferior da matriz é preenchida por partículas de tamanho grande de areia e a parte superior da matriz é preenchida por um tamanho de partícula muito fino colorido por um pigmento orgânico para atingir a cor natural de arenito.
O fluxo de transporte não nos satisfaz, mas é a única maneira que nós podemos fazer isso agora.
Este é o produto final que você viu. Você vê o tamanho, espessura e a resistência à abrasão, água e resistência ao congelamento. Fornecemos primeiro 50 m² e vamos ver o que mostrará o futuro.
O mesmo princípio de processamento de geopolímero de alto preenchimento na matriz é utilizado na próxima tecnologia, que é quase igual a tecnologia anterior, mas este método consiste na implementação de moldes de fibra de vidro, e isto é muito bom para fazermos vários formatos de produtos com acabamento muito parecido com arenito natural.
